数字量输入输出通道优秀课件

2.1.3 基于ISA总线端口扩展
1.板选译码与板内译码 2.总线驱动及逻辑控制 3.端口及其读写控制
2.2 数字量输入输出通道
2.2.1 数字量输入输出接口技术 2.2.2 数字量输入通道 2.2.3 数字量输出通道 2.2.4 数字（开关）量输入/输出通道模板举例
数字量(开关量)信号 开关的闭合与断开，指示灯的亮与灭，继电器或接
作用：采集生产过程的状态 信息。 完成过程：用三态门缓冲器 74LS244取得状态信息。经 过端口地址译码，得到片选 信号。当在执行IN指令周期 时，产生I/O读信号，则被测 的状态信息可通过三态门送 到PC总线工业控制机的数据 总线，然后装入AL寄存器。
2、数字量输出接口
作用：当对生产过程进行控制时，一般控制状态需进 行保持，直到下次给出新的值为止，这时输出就要锁 存。 完成过程：用74LS273作8位输出锁存口，对状态输 出信号进行锁存。由于PC总线工业控制机的I/O端口 写总线周期时序关系中，总线数据D0～D7比I/O写前 沿(下降沿)稍晚，因此利用I/O写的后沿产生的上升沿 锁存数据。经过端口地址译码，得到片选信号，当在 执行OUT指令周期时，产生I/O写信号。
（4）反电压保护是串联一个二极管防止反极性电压输入。
（5）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。
小功率输入调理电路 －开关去抖电路
积分电路
A
A
O
O
A
O
－ R-S触发器消除开关两次反跳电路
Q
原理：当K在上时，输出上为1，下为0。 当K按下时，因为键的机械特性，使按键因抖动而产
生瞬间不闭合，造成R-S触发器输入为双1，故状态不改变。
典型的开关量输入信号调理电路如下图 所示。点划线右边是由开 关 S与电源组成的外部电路，（a）是直流输入电路，（ b）是交 流输入电路
交流输入电路比直流输入电路多一个降压电容和整流桥 块，可把高压交流(如380VAC)变换为低压直流(如5VDC)。开 关 S 的状态经 RC 滤波、稳压管 D1 箝位保护、电 阻 R2 限流、二极管 D2 防止反极性电压输入以及光耦 隔离等措施处理后送至输入缓冲器，主机通过执行输入指令便 可读取开关 S 的状态。比如,当开关 S 闭合时，输入回 路有电流流过，光耦中的发光管发光，光敏管导通，数据线上 为低电平，即输入信号为“0”对应外电路开关 S 的闭合； 反之，开关 S 断开，光耦中的发光管无电流流过，光敏管 截止，数据线上为高电平，即输入信号为“1”对应外电路开关
存储单元，与存储单元一样统一编址，不用设置专门的 I/O指令。单片机采用这种编址方式。
（2）独立编址：I/O端口单独编址，采用专门的I/O指 令。80×86系列机。
2.1.2 I/O端口地址译码技术
1. I/O端口地址译码电路信号
译码电路不仅与地址信号有关，而且与控制信号有关。 其中，ISA总线中，使用A0～A9 、IOW、IOR 等信号组合。
利用74LS273可以锁存8个开关状态。
注意：硬件组成、软件设计（汇编、C语言)
锁存器74LS273(74LS373,573)
利用IOW上 升沿锁存 MOV AL,DATA MOV DX, port OUT DX,AL
注：目前已有多 种单片机无总线 读写等控制信号
2.2.2 数字量输入通道 •1. 数字量输入通道的结构
2.I/O端口地址译码方法及电路形式
译码式 （1）线选法：就是直接以某位地址信号作为芯片的片选
信号。 （2）译码法：就是使用译码器对高位地址进行译码，以
其译码输出作为扩展芯片的片选信号。
I/O端口地址译码一般采用译码法，分为片选信号及I/O接 口芯片内部端口寻址两部分：
片选信号：采用部分高位地址线与CPU或总线的控制信 号组合经译码电路产生片选信号；
在开关输入电路中，主要是考虑信号调理技术， 如电平转换，RC滤波，过电压保护，反电压保护，光 电隔离等。
（1）电平转换是用电阻分压法把现场的电流信号转换为电压信 号。 （2）RC滤波是用 RC 滤波器滤出高频干扰。
（3）过电压保护是用稳压管和限流电阻作过电压保护；用稳 压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。
ISA
生
输入
输入
产
总
缓冲
调理
过
线
器
电路
程
地址译码器
注意教材图2-6错误
•2. 输入调理电路 生产过程状态信号的形式可能是电压、
电流、开关的触点，因此引起瞬时高压、 过电压、接触抖动等现象。
为了将外部开关量信号输入到计算机，
必须将现场输入的状态信号经转换、保护、 滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收 的逻辑信号，这些功能称为信号调理。
数字量输入输出通道
2.1 总线扩展技术
2.1.1 微型计算机系统I/O端口与地址分配
1.I/O端口及I/O操作 （1）数据端口 （2）状态端口 （3）命令端口
CPU与外设之间的数据输入输出、联络、控制等操作，都 是通过对相应端口的读/写操作完成的。
2. I/O端口编址方式 （1）统一编址：把系统中的每一个I/O端口看作一个
接口芯片片内寻址：部分低位地址连接到接口芯片，经 芯片内部的译码电路实现接口芯片的片内寻址。
（1）固定地址译码
该方法是PC系统板卡常用的方法 图中：A9-A3=1110100B
（2）开关选择译码
图中；74LS688是比较器，地址总线上发出的地址和开关设置的地址相比较，如相等， 比较器的输出端输出有效的低电平，该板卡被选中。ISA总线常采用此方法。 A15-A0=0000 0011 1110 A3A2A10B，Y0=03E0H。
触器的吸合与释放，马达的启动与停止，阀门的打开与 关闭等。
共同特征：这些信号的是以二进制的逻辑 “1”和 “0”出现的，代表生产过程的一个状态。
2.2.1 数字量输入输出接口
1、数字量输入接口（DI）
三态门缓冲器74LS244 (74HC,LVT,AHCT244)
MOV DX, port
IN AL, DX
－ R-S触发器去抖
•大功率输入调理电路 当从电磁离合等大功率器件的接点输入信号时，为了
使接点工作可靠，接点两端至少要加24V以上的直流电压 （因为直流电平的响应快，不易产生干扰）。但是这种电路， 由于所带电压高，所以高压与低压之间，用光电耦合器进行 隔离。
光电隔离：通常使用一个光耦将电子信号转换为光信号，在 另一边再将光信号转换回电子信号。如此，这两个电路就可 以互相的隔离。